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1、10申请公布号CN102305637A43申请公布日20120104CN102305637ACN102305637A21申请号201110213938822申请日20110727G01D5/26200601G01B11/1620060171申请人中国计量学院地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号72发明人沈常宇钟川牟晟褚金雷邹新李可54发明名称一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器57摘要本发明提供了一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，属于光纤传感技术领域，其特征在于由长周期光纤光栅1、布拉格光纤光栅2、单模光纤3、封装套管4和连接头5组成；光在单模光纤3中传输经过长周期光。
2、纤光栅1时，部分纤芯模被耦合进长周期光纤光栅1的包层，包层模与剩余的纤芯模继续沿单模光纤3传输，经过光纤光栅2，满足布拉格条件的两个不同波长的光将被反射，反射光谱中将出现分别对应包层模与纤芯模的2个峰；当长周期光纤光栅1发生弯曲时，通过测量两个峰的漂移来测量长周期光纤光栅1的弯曲程度；该传感器灵敏度高、抗外界电磁干扰能力强，可以应用于各类实际工程中。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页CN102305644A1/1页21一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征为由长周期光纤光栅1、布拉格光纤光栅2、单模光纤3、封装套管4和连接头5。
3、组成；长周期光纤光栅1之前经单模光纤3与连接头5相连，长周期光纤光栅1之后经单模光纤3与布拉格光纤光栅2相连，长周期光纤光栅1和布拉格光纤光栅2均由封装套管4保护。2根据权利要求1所述的一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于长周期光纤光栅1的周期范围为500600M，光栅长度为23CM。3根据权利要求1所述的一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于布拉格光纤光栅2的中心波长范围为15351545NM，光栅长度为12CM。4根据权利要求1所述的一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于单模光纤3可采用G652、G653、G655单模光纤。5根据权利要求1所述的一种基。
4、于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于封装套管4可采用硅橡胶、环氧树脂或天然橡胶。权利要求书CN102305637ACN102305644A1/3页3一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器技术领域0001本发明提供了一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，属于光纤传感技术领域。背景技术0002基于结构简单、抗电磁干扰、适用于远距离及分布式传感等诸多优点，光纤传感器在实际工程中取得了广泛的应用与研究。之前人们对基于长周期光纤光栅的微弯传感器进行了大量的研究，长周期光纤光栅将纤芯模耦合进包层，弯曲长周期光纤光栅可影响纤芯模到包层模的耦合效率，从而实现弯曲传感。通常，先前提出的基于长周期光纤光。
5、栅结构的微弯传感器在进行弯曲测量时，往往会受到其他参量的影响，如温度，应力。而且长周期光纤光栅的模式耦合发生在一个相对较宽的波段，这样就限制了它的复用能力。布拉格光纤光栅进行微弯测量也被进行了一些研究。然而，普通的布拉格光纤光栅中，纤芯模无法耦合进包层，因此在进行弯曲测量，必须通过特殊的工艺，使纤芯模能够耦合进包层，从而与外界媒质相互最用，已经报道的处理方法有腐蚀、研磨、采用D型光纤光栅。这无疑会加大制造难度而且还会提高损耗。倾斜光纤光栅可将纤芯模耦合进后向传输的包层模，因而可以进行微弯的测量。然后，倾斜光纤光栅偶合进包层的纤芯模具有一个很宽的波段，因而增加了复用以及波长解调方面的难度。发明内。
6、容0003本发明的目的在于提供一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器。该装置能够将待测物体的弯曲量转化为探测信号的波长漂移量，具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。0004本发明通过以下技术方案实现0005由长周期光纤光栅1、布拉格光纤光栅2、单模光纤3、封装套管4和连接头5组成；长周期光纤光栅1之前经单模光纤3与连接头5相连，长周期光纤光栅1之后经单模光纤3与布拉格光纤光栅2相连，长周期光纤光栅1和布拉格光纤光栅2均由封装套管4保护。0006所述的一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于长周期光纤光栅1的周期范围为500600M，光栅长度为23CM。0007所述的一种基于包层模传。
7、输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于布拉格光纤光栅2的中心波长范围为15351545NM，光栅长度为12CM。0008所述的一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于单模光纤3可采用G652、G653、G655单模光纤。0009所述的一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其特征在于封装套管4可采用硅橡胶、环氧树脂或天然橡胶。0010本发明的工作原理是光在单模光纤3中传输经过长周期光纤光栅1时，部分说明书CN102305637ACN102305644A2/3页4纤芯模被耦合进长周期光纤光栅1的包层，包层模与剩余的纤芯模继续沿单模光纤3传输，经过布拉格光纤光栅2，满足布拉格条件的两个不同波。
8、长的光将被反射，反射波长由下式决定0011CL2NL，0012CO2NCO，0013NCL为包层的有效折射率，NCO为纤芯的有效折射率，为光栅周期。不满足布拉格条件的包层模与纤芯模由于散射和吸收而损失。当被反射的包层模经过长周期光纤光栅1时，部分会被耦合进单模光纤3的纤芯。类似的，被反射回的纤芯模进过长周期光纤光栅1时部分也会被耦合进单模光纤3的包层，剩余的纤芯模会通过长周期光纤光栅1。因此，反射光谱中将出现分别对应包层模与纤芯模的2个峰。弯曲长周期光纤光栅1会导致纤芯模与包层模的耦合效率发生改变，从而会使反射光谱随弯曲程度的改变发生漂移，测量不同弯曲程度下反射峰波长漂移的大小可以实现曲率的测。
9、量。0014本发明的有益效果是利用长周期光纤光栅1对弯曲具有较高的灵敏度这一特性，该装置能够获得高的灵敏度，反射光谱中有对应包层模与纤芯模的2个峰，而且两个反射峰具有相同的温度响应特性，通过测量两个峰的波长间隔，该装置能够实现对温度不敏感。附图说明0015图1是本发明包层模传输的光纤光栅微弯传感器示意图0016图2是本发明的微弯实验示意图0017图3是本发明的微弯实验光谱变化曲线0018图4是本发明的灵敏度响应曲线具体实施方式0019下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述0020参见附图1，一种基于包层模传输的光纤光栅微弯传感器，其构造为由长周期光纤光栅1、布拉格光纤光栅2、单模光纤3、封。
10、装套管4和连接头5组成。长周期光纤光栅1之前经单模光纤3与连接头5相连，长周期光纤光栅1之后经单模光纤3与布拉格光纤光栅2相连，长周期光纤光栅1和布拉格光纤光栅2均由封装套管4保护。光在单模光纤3中传输经过长周期光纤光栅1时，部分纤芯模被耦合进长周期光纤光栅1的包层，包层模与剩余的纤芯模继续沿单模光纤3传输，经过布拉格光纤光栅2，满足布拉格条件的两个不同波长的光将被反射，反射光谱中将出现分别对应包层模与纤芯模的2个峰。0021本发明中采用的长周期光纤光栅1由C02激光器通过逐点写入发刻写，折射率调制周期为530M，光栅长度为25CM，布拉格光纤光栅2由KRF准分子激光器248NM通过相位掩膜法。
11、刻写而成，栅区长度为15CM，中心波长为1540NM，长周期光纤光栅1与布拉格光纤光栅2的相隔1CM。长周期光纤光栅1与光纤光栅2采用硅橡胶封装，图2是本发明在进行弯曲实验时的示意图，将布拉格光纤光栅2固定，弯曲长周期光纤光栅1上的封装套管4，使长周期光纤光栅1随着封装套管4一起弯曲，连接头5说明书CN102305637ACN102305644A3/3页5通过一个3DB耦合器与光源和光谱仪相连，用光谱仪测量长周期光纤光栅1上的封装套管4在不同弯曲程度下时反射光谱的变化。得到图3所示的7组在不同弯曲程度下的光谱图，光谱谐振峰波长会随着弯曲程度的改变而漂移。图4记录了本发明在进行微弯实验时不同的弯曲量对应的波长漂移量，并对这些数据进行线性拟合，得出了该发明所提供的微弯传感器的灵敏度响应曲线。本发明在进行实际微弯测量时，可将封装好的长周期光纤光栅1刚性粘贴在待测物体表面。当待测物体发生微弯形变时，可以检测光谱谐振波长的漂移量，结合图4所示的灵敏度响应曲线，得出待测物体的微弯大小，从而可以实现待测物体弯曲大小的测量。说明书CN102305637ACN102305644A1/3页6图1图2说明书附图CN102305637ACN102305644A2/3页7图3说明书附图CN102305637ACN102305644A3/3页8图4说明书附图CN102305637A。